[發(fā)明專利]基于超聲波互相關(guān)技術(shù)的量程比可調(diào)的流體流速測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410028040.7
• 申請(qǐng)日: 2014-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN103792384A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童凱;李晶;歐陽詩慧;魏露
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/24
• 分類號(hào): G01P5/24
• 代理公司: 石家莊一誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 李合印

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種流體流速測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種基于超聲波互相關(guān)技術(shù)的流速測(cè)量方法。

背景技術(shù)

超聲波相關(guān)法流速測(cè)量因具有非侵入式，精確度高，不需要聲速信息，不受溫度等外界環(huán)境變化的影響，可以測(cè)量單相流和多相流等優(yōu)勢(shì)，一直受到廣泛關(guān)注。

互相關(guān)流速測(cè)量以凝固流動(dòng)圖型假說為基礎(chǔ)，根據(jù)該假說，在上游某截面的流體隨機(jī)噪聲經(jīng)過一定時(shí)間后，會(huì)在下游某截面重復(fù)出現(xiàn)。將這種流體隨機(jī)噪聲先后經(jīng)過上下游的時(shí)間稱之為滯后時(shí)間。傳感器包括上游傳感器和下游傳感器，分別安裝在與流體流動(dòng)方向垂直的兩個(gè)截面上。傳感器的超聲波發(fā)射和接收探頭分別位于同一截面內(nèi)沿管徑方向的管壁對(duì)側(cè)。上下游傳感器同時(shí)發(fā)射、接收超聲波脈沖信號(hào)。分別從上下游傳感器提取出與被測(cè)流體流動(dòng)狀況有關(guān)的流體隨機(jī)噪聲信號(hào)，并對(duì)兩信號(hào)做互相關(guān)，互相關(guān)結(jié)果的峰值位置所對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間即為滯后時(shí)間。可知，流體流速為：

v=Lt---(1)]]>

其中，L為上、下游傳感器之間的距離，t為滯后時(shí)間，

滯后時(shí)間由下式得出：

t=nΔ_t???????????????(2)

其中，Δ_t為相關(guān)器的采樣時(shí)間間隔，同時(shí)也是超聲脈沖串的時(shí)間間隔，n為滯后點(diǎn)數(shù)；

由峰值位置引起的相對(duì)誤差為：

δ=Δvvmax=tminΔtt2≤Δtt=1n---(3)]]>

式中，Δ_v為流速增量，v_max為當(dāng)前設(shè)定的脈沖串的時(shí)間間隔下所能測(cè)得的流速上限值；t_min為流速上限值對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間。

由式（3）可以看出，由峰值位置的確定產(chǎn)生的相對(duì)誤差與峰值位置n成反比。同時(shí)，n隨著流速增大，而減小。因此，對(duì)于一定的量程范圍，流速在其上限值處的相對(duì)誤差最大。

傳統(tǒng)測(cè)量方法的量程受限于峰值位置引起的相對(duì)誤差，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精確度下降，因此，在保證峰值位置引起的相對(duì)誤差不變的前提下，如何擴(kuò)大流速測(cè)量范圍一直是一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明旨在提供一種基于超聲波互相關(guān)技術(shù)的實(shí)用流速測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)寬范圍、高準(zhǔn)確度的流速測(cè)量。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于超聲波互相關(guān)技術(shù)的量程比可調(diào)的流體流速測(cè)量方法，在管壁外，沿與流體垂直的截面內(nèi)的直徑方向，分別安裝兩對(duì)上下游傳感器1和2，傳感器同時(shí)發(fā)射和接收超聲波脈沖信號(hào)，其特征在于，在保證測(cè)量結(jié)果精確度的前提下實(shí)現(xiàn)量程比可調(diào)的流速測(cè)量。

本發(fā)明所述的量程比可調(diào)的流速測(cè)量，基于量程和采樣時(shí)間間隔的關(guān)系，根據(jù)測(cè)量原理，只要在上限值處滿足下式